Магнитные поля во Вселенной

Выполнили:
Бутова Ирина Владимировна Учитель
физики ОСШЛМФИ г.УстьКаменогорска;
Артеменко Даниил – ученик 7 А класса;
Ястребов Владимир – ученик 7 А
класса;
План:
1. Введение
2. Магнитные поля звезд и галактик,
межпланетное магнитное поле
3. Магнитное поле Солнца
4. Характеристики магнитных полей планет
солнечной системы
5. Заключение
6. Используемая литература
Исследованием магнитных полей объектов Вселенной
занимается космическая электродинамика, которая
использует законы и закономерности проявления и
поведения электрического и магнитного полей, полученные
при описании земных явлений.
Магнитные процессы во Вселенной
зависят от возраста и стадии развития
космического объекта.
Вращение звезд позволяет говорить о
наличии у них электромагнитных полей.
Формы силовых линий этих полей зависят от
скорости вращения звезд. Наиболее сильным
магнитным полем, гораздо большим, чем
магнитное
поле
Солнца,
обладают
нейтронные звезды.
Нейтронной звездой - называется звезда, в которой
давление
нейтронного газа и сила гравитации находятся в равновесии. Система
силовых линий магнитного поля вращается с той же угловой скоростью, с
какой вращается нейтронная звезда. На поверхности нейтронной звезды
происходят процессы
появления заряженных
частиц, которые подхватываются сильным магнитным полем и разгоняются
им до околосветовых
скоростей. Эти частицы,
ускоряемые сильным электрическим полем, создают исходящий от нейтронной звезды поток - звездный ветер.
Магнитное поле увлекает этот
поток во вращение вместе с
нейтронной звездой.
Так вокруг звезды возникает расширяющаяся и вращающаяся магнитосфера.
Постоянство
пульсации
объясняется
стабильностью
вращения нейтронных звезд.
Из-за наклона магнитной оси
нейтронной звезды к ее оси
вращения возникает эффект маяка:
яркое пятно то видно, то не видно
наблюдателю.
Ось вращения пульсаров не
совпадает с магнитной осью.
Стандартная
модель
пульсара - это магнитный диполь,
чья ось наклонена к оси вращения,
и радиоволны распространяются в
виде конуса, направленного вдоль
оси диполя.
Нейтронные
звезды
известны
как
сильно
намагниченные объекты с полями
порядка 1012 Гс, что примерно в
миллион раз больше самого
сильного магнитного поля на
обычных звездах или поля, которое
можно получить в лаборатории.
Роберт Дункан из Техасского университета и Кристофер Томпсон
из университета Северной Каролины показали, что конвективные
движения и быстрое вращение во время образования нейтронной
звезды приводят к появлению полей вплоть до 1015 Гс. Они
назвали такие звезды "магнитарами".
Осторожная оценка показывает,
что в нашей Галактике должно быть
около миллиона магнитаров, но более
оптимистические расчеты дают от 30 до
100 миллионов таких объектов. Их
исследования еще только начинаются.
Крупномасштабная
составляющая МП
галактики
масштаб однородности
порядка сотен и
тысяч парсек
Флуктуационная
составляющая с широким
спектром масштабов
от долей парсека до сотен парсек
МП галактик ответственно за удержание космических лучей в Галактике, за
вытянутую форму и волокнистую структуру многих типов туманностей
Индукция крупномасштабного МП галактики 2-3 мкГс
В плотных
межзвёздных облаках,
туманностях и
конденсациях индукция
магнитного поля может
достигать ~10-3 Гс
(флуктуационная
составляющая).
Относительно
сильными магн.
полями
обладают радиога
лактики (10-4-106 Гс, в компактных
околоядерных
образованиях 102-10-4 Гс).
Межпланетное
пространство
заполнено
ионизованным
газом,
испускаемым
Солнцем
(солнечным
ветром). Солнечный ветер – истечение
плазмы
солнечной
короны
в
межпланетное пространство. На уровне
орбиты Земли средняя скорость частиц
Солнечного
ветра
(протонов
и
электронов) около 400 км/с, число
частиц – несколько десятков в 1см3.
Движущийся солнечный ветер будет
уносить солнечное магнитное поле в
межпланетное пространство.
Секторная структура межпланетного
магнитного поля
Величина магнитных полей на Солнце составляет от 1 до 1000 Гс.
Характеристики солнечного ветра и межпланетных магнитных полей
нерегулярны и асимметричны из-за волокнистой структуры короны,
нерегулярностей магнитных полей в фотосфере и т. д.
Обнаружена прямая корреляция между изменениями межпланетного поля
по данным спутников и солнечной активностью. По этим данным была оценена
средняя скорость распространения возмущения, равная 1000км/с.
Секторная структура довольно устойчива, поэтому вся структура потока
вращается с Солнцем по крайней мере в течение нескольких солнечных
оборотов, проходя над Землей приблизительно через каждые 27 дней.
Магнитное поле Солнца является типичным для звезд
своего класса.
Пятна на Солнце - очевидный признак его активности. Это более
холодные области фотосферы. Установлено, что пятна - места
выхода в атмосферу сильных магнитных полей. У Солнца очень
сильное магнитное поле (по Земным стандартам) с очень
сложным строением. Его магнитосфера (она же гелиосфера)
простирается за орбиту Плутона.
Кроме тепла и света, Солнце также испускает поток
заряженных частиц (в основном электронов и протонов) низкой
плотности,
известный
как
солнечный
ветер,
который
распространяется по Солнечной Системе со скоростью около 450
км/сек.
Солнечный ветер и другие высокоэнергетические частицы,
выброшенные во время солнечных вспышек, являются причиной
радиопомех и красивых Полярных сияний на Земле.
Уже первые измерения эффекта Зеемана, проведённые в
начале 20 в., показали, что поля в пятнах характеризуются
напряжённостью порядка несколько тыс. эрстед, причём такие
поля реализуются в областях с диаметром ≈ 20 000 км.
Выяснено, что факелы представляют собой области с полями
5-300 Э. В тени пятен поля достигают 1000-4500 Э.
Юпитер, Сатурн, Земля
Марс, Меркурий,
Венера
Уран, Нептун
Ферромагнитная гипотеза,
основанная на том, что ядро
Земли состоит из
ферромагнетиков – железа и
никеля.
Гипотеза Земли как постоянного
магнита. По этой гипотезе ядро
Земли представляет собой
намагниченное тело, создающее
магнитное поле дипольного
характера.
Электрические гипотезы.
Вековые вариации магнитного
поля Земли связаны в первую
очередь с электромагнитными
эффектами в ядре. Гипотеза динамо, более
разработанная на данный
момент. Она основана на
магнитогидродинамике
(электромагнетизме
проводящей жидкости).
Магнитные и географические полюса Земли не совпадают друг с
другом. Магнитное поле Земли не симметрично. Благодаря тому,
что ось магнитного поля проходит всего под углом в 11,5 градусов
к оси вращения планеты, мы можем пользоваться компасом.
Магнитное поле Земли создаётся её ядром.
Магнитное и электрическое поля Земли играют важную роль и
имеют практическое применение для поиска руд тяжелых металлов:
железа, титана, никеля и др. ферромагнетиков.
Юпитер имеет огромное магнитное поле, состоящее из двух
компонентных полей: дипольного (как поле Земли), которое
простирается до 1,5 млн. км. от Юпитера, и не дипольного,
занимающего остальную часть магнитосферы. Напряженность
магнитного поля у поверхности планеты 10-15 Гс, т.е. в 20 раз больше,
чем на Земле. Магнитосфера Юпитера простирается на 650 млн. км
(за орбиту Сатурна!). Но в направлении Солнца оно почти в 40 раз
меньше.
Поскольку
Сатурн
весьма
сходен с Юпитером по
своим
физическим
свойствам,
астрономы
предположили, что достаточно заметное
магнитное поле
есть и
у него.
Отсутствие же у Сатурна
наблюдаемого с Земли магнитнотормозного радиоизлучения объясняли
влиянием колец.
Магнитосфера Сатурна
превосходит земную более чем
вдвое.
Магнитное
поле
Сатурна
порождается электрическими токами в
недрах планеты, - по-видимому, в слое,
где
под
влиянием
колоссальных
давлений
водород
перешел
в
металлическое состояние.
Судя по современной карте магнитного поля Марса,
можно сказать, что плиты на этой планете раздвигались, и
глобальное магнитное поле менялось. Однако считается,
что на Марсе эти процессы остались далеко в прошлом.
Локальные поля на Марсе достигают 1500 нТл. Эти участки
марсианской
поверхности
неплохо
защищены
от
воздействия солнечной радиации. Естественная защита
марсианской поверхности оказывает существенное влияние
на формирование климата Марса в этих областях.
У Меркурия слабое магнитное
поле с напряженностью в 100-500
раз
меньше
напряженности
магнитного поля Земли. Высокая
плотность и наличие магнитного
поля показывает, что у Меркурия
должно быть плотное железистое
ядро, которое указывает на
наличие магнитного поля.
Кроме
магнитного
поля
планета
Меркурий
имеет
обширную магнитосферу, которая
со стороны Солнца сильно сжата
под действием солнечного ветра.
С внутренним строением планеты связана и проблема
отсутствия магнитного поля: на всех планетах земной группы,
кроме Венеры, есть собственное магнитное поле. По одной из
современных теорий напряженность дипольного магнитного поля
зависит от прецессии полярной оси и угловой скорости
вращения. Именно эти параметры на Венере ничтожно малы, но
измерения указывают на еще более низкую напряженность, чем
предсказывает теория. Тем не менее, магнитное поле, хотя и
достаточно слабое, на Венере есть.
В ионосфере, в этом токопроводящем слое, наводится
магнитное поле межпланетным магнитным полем и солнечным
ветром. Магнитные поля планеты имеют локальный характер.
Хотя общего дипольного поля у Венеры нет, ее ионосфера
пронизана хаотическими магнитными полями небольшой
напряженности (15-20 нТл).
Планеты близнецы - Уран и
Нептун в отличие от Земли имеют
необычные магнитные поля, наклон
оси которых к полярной оси имеет
невообразимые
значения.
Оси
магнитных полей этих планет
вместо
обычного
прохождения
через полюса, как у Земли,
Юпитера и Солнца, не проходят
через полюса и еще имеют
огромный угол наклона.
Наклон осей магнитных полей
Нептуна и Урана составляет 47 и 59
градусов
соответственно.
Исследователи
говорят,
что
магнитные
поля
этих
планет
основаны на сложном перемещении
жидкой среды в электрическом поле
планет - процесс, известный как
“динамо”.
Объект, обладающий следующей
характеристикой.
1. Солнце
1.1 солнечная поверхность
1.2 солнечные факелы
1.3 солнечные пятна в тени
1
10
5-300
1000-4500
10-4
10-3
5-3 10-2
0,1-0,45
1,41 103
Ускорение
свободного
падения (g)
м/с2
273,98
1.
10-5
10-9
-
-
Планеты Солнечной системы
1. Земля
На экваторе
На полюсах
1. Марс
2. Венера
3. Юпитер
4. Сатурн
5. Уран
6. Нептун
7. Меркурий
0,75
0,4
0,7
15 10-3
15-20 10-5
10-15
-
0,75 10-4
0,4 10-4
0,7 10-4
15 10-7
15-20 10-9
10-15 10-4
-
1,00
9,8
1,07
0,845
317,88
95,17
14,54
17,25
0.054
3,7
8,9
25,8
11,3
9,0
11,6
3,7
1. Звезды
4.1 Магнитар
4.2 Пульсар
4.3 Белый карлик
1015
1012-1013
107-108
1011
108-109
103-104
-
-
Межпланетное магнитное поле
Величина вектора
магнитной индукции в
Гауссах (Гс)
Величина вектора
магнитной индукции в
Тесло (Тл)
Средняя
плотность г/см3
1.
Таблица составлена на основе данных, взятых из достоверных интернет источников
Заключение
Магнитные поля играют важную роль в образовании
планет, звезд, галактик и других объектов Вселенной.
Природа магнитных полей берет свое начало в недрах
планет и обусловлена движением электрических частиц в
недрах планет и на их поверхности. Благодаря магнитному
полю Земли мы защищены от солнечной радиации и
звездного ветра. Данных о магнитных полях планет и
объектов Вселенной не так много, еще многое предстоит
открыть и доказать.
1. Учебник «Физика и астрономия. 8 класс», Фаизова Л. Х. и др., 2004г.
2. Курсовая работа «Элементы космической электродинамики», ВКГУ
им.С.Аманжолова, Т.Н.Колесникова, И.В. Бутова, 2008г.
3. Интернет источники: http://femto.com.ua/articles/part_1/2080.html
http://www.astronet.ru/db/msg/1189326
http://www.astronet.ru/db/msg/1189322
http://class-fizika.narod.ru/8_m5.htm
http://www.gect.ru/astronomy/mercury.html
http://ru.wikipedia.org и др.